Электрические рельсовые цепи

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ РЕЛЬСОВЫЕ ЦЕПИ

 

Учебное пособие

 

Рекомендовано Дальневосточным региональным учебно-методическим

центром (ДВ РУМЦ) в качестве учебного пособия для студентов направления 190400 «Системы обеспечения движения поездов», специальности 190402 «Автоматика, телемеханика и связь

на железнодорожном транспорте» вузов региона

 

 

Хабаровск Издательство ДВГУПС

 

2006

УДК 656.259.12(075.8) ББК О275.9я73

 

К 431

Рецензенты:

 

Кафедра “Автоматика и телемеханика” Тихоокеанского государственного университета (заведующий кафедрой, доктор технических наук, профессор

 

Чье Ен Ун)

 

Главный инженер службы ″Сигнализация, централизация и блокировка″ Дальневосточной железной дороги – филиала ОАО ”РЖД”

 

С.Н. Рябов

 

Кириленко, А.Г.

 

К 431 Электрические рельсовые цепи:учеб.пособие/А.Г.Кириленко,Н.А. Пельменева. – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2006. – 94 с: ил.

 

 

Учебное пособие соответствует дисциплинам ”Автоматика и телемеханика на перего-нах”, ”Системы железнодорожной автоматики и телемеханики” по ГОС ВПО направления 190400 “Системы обеспечения движения поездов”, специальности 190402 “Автоматика,

 

телемеханика и связь на железнодорожном транспорте”.

Дается описание назначения, принципов действия, основных режимов работы, пер-вичных параметров рельсовых цепей.

Приводится классификация рельсовых цепей и их краткая характеристика. Содержится дополнительный учебный материал по методике исследования работы

перегонной и станционной рельсовых цепей частотой 25 Гц.

Определен объем знаний студента по курсу и форма отчетности о результатах само-стоятельного исследования.

Пособие предназначено для студентов Института УАиТ третьего и четвертого курсов (дневная форма обучения) и пятого курса (заочная форма обучения), может быть полезно для слушателей Института повышения квалификации.

УДК 656.259.12(075.8) ББК О275.9я73

 

 

© ГОУ ВПО «Дальневосточный государственный университет путей сообщения» (ДВГУПС), 2006

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ................................................................................. 5

 

ВВЕДЕНИЕ............................................................................................................................................ 6

1. НАЗНАЧЕНИЕ, ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ, РЕЖИМЫ РАБОТЫ

РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ............................................................................................................... 7

1.1. Основные элементы рельсовых цепей................................................................... 7

 

1.2. Требования, предъявляемые к рельсовым цепям............................................ 8

1.3. Первичные и вторичные параметры рельсовой линии................................ 9

1.4. Режимы работы рельсовых цепей.......................................................................... 11

2. КЛАССИФИКАЦИЯ РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ................................................................. 20

 

2.1. Принцип действия рельсовых цепей..................................................................... 20

2.2. Выбор частоты сигнального тока для работы рельсовых цепей......... 23

2.3. Режимы питания рельсовых цепей......................................................................... 24

 

2.4. Типы путевых приемников рельсовых цепей.................................................... 24

2.5. Способы канализации тягового тока в рельсовой сети............................. 25

2.6. Разветвленные рельсовые цепи.............................................................................. 29

 

2.7. Рельсовые цепи тональной частоты..................................................................... 33

3. РЕЛЬСОВЫЕ ЦЕПИ ДЛЯ УЧАСТКОВ С ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ТЯГОЙ

ПЕРЕМЕННОГО ТОКА........................................................................................................... 59

 

3.1. Кодовая рельсовая цепь 25 Гц................................................................................... 59

3.2. Фазочувствительная рельсовая цепь 25 Гц....................................................... 62

3.3. Разветвленная фазочувствительная рельсовая цепь 25 Гц с

 

реле типа ДСШ.................................................................................................................... 68

3.4. Двухфазная система питания рельсовых цепей переменного

тока 25 Гц с реле ДСШ................................................................................................... 71

3.5. Защита аппаратуры питающего и релейного концов рельсовых

 

цепей от перенапряжений........................................................................................... 74

4. ИССЛЕДОВАНИЕ КОДОВОЙ РЕЛЬСОВОЙ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО

ТОКА ЧАСТОТОЙ 25 ГЦ....................................................................................................... 78

 

4.1. Рабочее место...................................................................................................................... 78

4.2. Порядок и методика выполнения работы........................................................... 79

4.3. Исследование рельсовой цепи в нормальном режиме............................. 80

 

4.4. Исследование рельсовой цепи в шунтовом режиме................................... 82

4.5. Исследование рельсовой цепи в режиме АЛСН............................................ 83

4.6. Содержание отчета........................................................................................................... 84

 

4.7. Контрольные вопросы по теме исследования................................................. 84

 

 

5. ИССЛЕДОВАНИЕ ДВУХДРОССЕЛЬНОЙ РЕЛЬСОВОЙ ЦЕПИ

 

ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ЧАСТОТОЙ 25 ГЦ С РЕЛЕ ДСШ................................. 84

5.1. Описание рабочего места............................................................................................ 84

5.2. Порядок и методика выполнения исследования............................................ 86

 

5.3. Исследование двухфазной схемы питания фазочувствительных

рельсовых цепей............................................................................................................... 86

5.4. Исследование рельсовой цепи в нормальном режиме............................. 88

 

5.5. Исследование рельсовой цепи в шунтовом режиме................................... 89

5.6. Контрольные вопросы по теме исследования................................................. 91

5.7. Содержание отчета.......................................................................................................... 91

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................................................................................................................. 92

 

РЕКОМЕНДУЕМЫЙ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК........................................ 93

 

 

СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ

 

АЛСН – автоматическая локомотивная сигнализация; АБ – автоматическая блокировка;

АБТЦ – автоматическая блокировка с электронными рельсовыми цепями; БУ – блок-участок; БРЦ – бесстыковая рельсовая цепь;

 

ДТ – дроссель-трансформатор; ДСШ – двухэлементное секторное реле штепсельного типа; ИП – источник питания; ИТ – изолирующий трансформатор;

 

КП – кодовый трансформатор; КПТШ – кодовый путевой трансмиттер штепсельного типа; КСС – схема контроля схода стыков; КТ – кодовый трансформатор;

 

МЭ – местный элемент реле типа ДСШ; НШ – нейтральное реле штепсельного типа;

 

НМШ – нейтральное реле малогабаритное штепсельного типа; ОФ – обратная фаза; ПД – дополнительное путевое реле;

 

ПК1, ПК2 – приемные локомотивные катушки; ПО – основное путевое реле; ПФ – прямая фаза; ПП – путевой приемник;

 

ПТ – путевой трансформатор; ПЭ – путевой элемент реле типа ДСШ; ПЯ – путевой ящик; РС – рельсовый соединитель; РЦ – рельсовая цепь;

 

СЖАТ – системы железнодорожной автоматики и телемеханики; СС – стрелочный соединитель; СП – стрелочное путевое реле; Т – токосъемник; ТД – тяговый двигатель;

 

ТП – тяговая подстанция; ТРЦ – рельсовые цепи тональной частоты;

 

УТЗ – уравнивающий трансформатор; ЦАБ АЛСО – автоматическая блокировка с централизованным размеще-

нием аппаратуры и автоматической локомотивной сигнализацией как основ-ное средство регулирования движения поездов

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Железные дороги играют решающую роль в выполнении перевозок важ-нейших грузов, обеспечивающих бесперебойное функционирование про-мышленного комплекса страны.

 

С целью повышения качества транспортного обслуживания грузовла-дельцев, пассажиров – прежде всего это касается скорости и надежности доставки – в настоящее время он подвергнут коренному реформированию.

 

Решение стратегической задачи повышения эффективности работы ком-пании ОАО ”РЖД ” невозможно без оснащения железных дорог современны-ми и надежными техническими средствами. При этом особая роль принад-лежит средствам автоматики и связи. Основой всех систем железно-дорожной автоматики являются рельсовые цепи (РЦ), выполняющие функ-ции датчиков информации о местонахождении подвижного состава, а также используемые как телемеханические каналы для передачи информации ме-жду путевыми устройствами и между путевыми и поездными устройствами.

 

Электрические рельсовые цепи применяют на железных дорогах всего мира. Ученые многих стран создают принципиально новые устройства, спо-собные выполнять те же функции, что и рельсовые цепи. В частности, разра-ботаны системы с использованием путевых шлейфов, счетчиков осей, ра-диолокационных устройств. Однако специалистами признано, что эти устройства по надежности и функциональным возможностям значительно ус-тупают рельсовым цепям. С возрастанием скоростей и интенсивности дви-жения поездов повышаются требования к рельсовым цепям.

 

Следовательно, специалист, связанный с разработкой, проектированием, эксплуатацией и строительством систем железнодорожной автоматики и те-лемеханики, должен не только хорошо знать основные направления разви-тия современных способов контроля состояния участков пути, принципы ра-боты различных типов рельсовых цепей, методы защиты их от влияния тягового тока и других источников повышенного напряжения, но и уметь вы-полнять регламентные работы по их текущему содержанию, своевременно выявлять и устранять повреждения.

Целью данного методического пособия является ознакомление студентов с принципами работы различных типов рельсовых цепей, назначением аппа-ратуры и методами текущего содержания.

Сознавая, что в методическом пособии не все может оказаться удачным, авторы заранее благодарны тем, кто выскажет свои замечания и предложе-ния и вышлет их по адресу: 680021, Хабаровск, 21, ул. Серышева, 47, ДВГУПС, кафедра ”Автоматика и телемеханика”.

 

Требования, предъявляемые к рельсовым цепям

 

К рельсовым цепям предъявляются следующие основные требования:

 

– при отсутствии подвижного состава на рельсовой линии путе-вым приемником должна подаваться информация о свободном со-стоянии контролируемого участка пути;

– при наличии на рельсовой линии хотя бы одной колесной пары подвижного состава, или при повреждении рельсовой нити, должна по-даваться информация о занятости контролируемого участка пути;

 

– при повреждении (сходе) изолирующих стыков, с целью исклю-чения влияния источника питания одной рельсовой цепи на путевой приёмник смежной рельсовой цепи, оба путевых приемника должны надёжно отпустить свои якоря (фиксировать ложную занятость).

 

Указанные выше требования должны выполняться при самых неблаго-приятных условиях (будут приведены ниже), в которых может оказаться рельсовая цепь, хотя бы даже на короткое время.

При передаче энергии в РЦ от источника питания к путевому приемнику часть ее теряется в промежуточной аппаратуре питающего АП и релейного АР концов. Значительная часть потерь происходит в рельсовой линии за счет падения напряжения на сопротивлении рельсовых нитей Z и утечек сиг-

 

 

нального тока между рельсовыми нитями через сопротивление изоля-

ции r _и (рис.1.2).

 

Рис. 1.2. Структурная схема рельсовой цепи с учетом параметров рельсовой линии

 

При разработке новых типов РЦ производят выбор параметров ап-паратуры питающих, релейных концов и определяют максимальную длину рельсовой линии, при которой выполняются все режимы для самых неблагоприятных условий эксплуатации.

 

Неблагоприятные (худшие) условия работы РЦ для различных режимов приведены в табл. 1.1.

 

			Таблица 1.1
Худшие условия для режимов работы рельсовой цепи
Режим работы рель-	Сопротивление	Сопротивление	Напряжение источ-
совой цепи	рельсовой петли,	изоляции, Ом·км	ника питания, В
	Ом/км
Нормальный	Максимальное	Минимальное	Минимальное
Шунтовой	Минимальное	Максимальное	Максимальное
Контрольный	Минимальное	Критическое	Максимальное
АЛСН	Максимальное	Минимальное	Минимальное
Короткого замыкания	-	-	Максимальное

 

 

??? Вопросы для самопроверки

 

1. Какие функции выполняют рельсовые цепи в системах СЖАТ?

 

2. Какие элементы входят в состав рельсовой цепи и их назначение?

3. Какие требования предъявляются к рельсовым цепям?

4. Что понимается под первичными и вторичными параметрами рельсо-вых цепей?

 

5. Перечислите нормативные значения сопротивления изоляции и рель-совых нитей.

6. В каких режимах работают рельсовые цепи?

7. Как определяют чувствительность рельсовой цепи к нормативному шунту?

8. Каким образом происходит утечка сигнального тока от одной рельсовой нити к другой?

 

9. Что характеризует коэффициент поверхностной утечки?

10. Почему расчет чувствительности рельсовой цепи к повреждению рельсовой нити выполняют при критическом сопротивлении изоляции?

 

11. Что характеризует коэффициент чувствительности рельсовой цепи к повреждению рельсовой нити?

12. Какие худшие условия учитываются при расчетах основных режимов работы рельсовых цепей?

13. Какую функцию выполняет рельсовая цепь в системе автоматической локомотивной сигнализации?

 

14. Назовите нормативные токи АЛСН для различных видов тяги поездов?

 

 

D10

                   

14

                                         

Gb1

   

_+En 28 +Un1

                                   

GB

                     

15

   

27

               

Gb2

DD2

 

-Un1

                                                   

16

                   

13

                                                                         

Fн

МН

 

Q

             

24

                      17                  

1МГц

   

Fm

                                              6                         Q   42          

18

Fм8

   

28+Un1

                                              +En  

33

         

19

      27-Un1            

Fм12

       

31

         

1

                                               

 

 

				+20 B		R13
				+Un2
R2
	VD1		+
VT1		VD3
			C2	C2
	VD2					VD7
					C3
-Un1		VD4	+			R14
			C3
			-20 B	-Un2
	C9		+Un1		24
	c
	C10		-Un1
b	a
	16
					5	+Un2
	R4		R7
	1
	C1		VT4
	VT2
						4
			R6		2
	VT3					VD5
R3	C11		VT5
		R5		R8
					7	-Un2

 

+Un1

 

+9 B

 

+ C4 C5

 

 

	22	62
-Un1	21	12
-9 B
		61

 

 

R10                 ₈₃

 

15

 

R9

 

13                 53

 

 

R11

 

 

R12

 

 

VD6

 

						А2
														10			3
		TV										C12
72	1	4				4						R18		R19
								VT6			VT8
									R16
						8								9			52
	2	5											6
		6				C6
								VT7			VT9
	3	7							R17				19	А1
				8			R15			VD10
										VD11						ХР
			73	63	82		3			11					18	51
							81

 

Рис. 2.11. Электрическая схема генератора ГПЗ

 

Конструктивно генератор ГП3 имеет два исполнения – ГП3-8,9,11 и ГП3-11,14,15, отличающихся значениями формируемых несущих частот и трансформаторами ТV. Элементы электрических схем генераторов разме-щаются на двух печатных платах А1 и А2. Генераторы предназначены для установки на стативах релейных шкафов или постах электрической центра-лизации в штепсельные розетки реле НШ.

 

Генератор несущей частоты выполнен на микроузле ГНЧ (DD1). Микро-узел содержит генератор, вырабатывающий непрерывный сигнал прямо-угольной формы, с частотой 1 МГц и кварцевой стабилизацией (кварц GB), а также управляемые делители частоты. В зависимости от внешней перемычки между входами D3 – D10 и минусом источника питания U _{n 1} делители частоты формируют один из сигналов несущей частоты на выходе F_н. Приведем час-тоты формируемых амплитудно -модулированных сигналов и соответствую-щие им настроечные перемычки (табл. 2.1).

 

Таблица 2.1

 

Настроечные перемычки генератора на несущие и модулирующие частоты

 

		Частота не-	Частота моду-	Перемычки ХР,	Выходные
Тип ГП3	№ чертежа	сущего сигна-	лирующего	определяющие
					клеммы ГП3
		ла,Гц	сигнала, Гц	частоту настройки
		420	8	81-73, 62-42, 12-23
			12	81-73, 62-33, 12-23
ГП-8,9,11	36601-00-00	480	8	12-21, 62-42, 81-63	2 – 52
			12	12-21, 62-33,81-63
		580	8	12-22, 62-42, 81-82
			12	12-22, 62-33, 81-82
		580	8	81-73, 62-42, 12-22
			12	81-73, 62-33, 12-22
ГП-11,14,15	36601-00-01	720	8	12-13, 62-42, 81-63	2 – 52
			12	12-13, 62-33, 81-63
		780	8	12-11, 62-42, 81-82
			12	12-11, 62-33, 81-82

 

Генератор модулирующих частот и манипулятор собран на микроузле МН (DD2). Микроузел включает в себя манипулятор, осуществляющий ампли-тудную манипуляцию сигнала на выходах Q и Q и управляемые делители частоты, которые, в зависимости от перемычки между входами Fм8 или Fм12 и источником питания U _п1, формируют один из сигналов частоты модуляции Fм со скважностью, равной двум. Частота 8 Гц образуется при ус-тановке внешней перемычки между выводами 64 и 42, а частота 12 Гц – при перемычке между выводами 62 и 33.

 

Предварительный усилитель мощности, выполненный на транзисторах (VТ2–VТ5), представляет собой двухкаскадный усилитель с ключевым режи-

 

мом работы транзисторов. Как известно, в ключевом режиме (режим насы-щения) транзисторы находятся в двух состояниях: полностью открыты, и па-дение напряжения на них близко к нулю, или закрыты, и тогда ток, проте-кающий через них, близок к нулю.

 

В обоих состояниях потери мощности внутри транзисторов невелики, что значительно облегчает условия работы транзисторов и позволяет получить относительно высокий кпд усилителя.

Регулятор выходного напряжения содержит последовательно соединен-ные, посредством внешней перемычки на выводах 83–72, резисторы R9–R11

и обмотку 1–3 трансформатора ТV. Ток в этой цепи, а следовательно, напря-жение на обмотке (выводы 1 и 3) трансформатора ТV и выходе (выводы 2 и 52) генератора регулируют переменным резистором R11.

Трансформатор ТV в цепи регулятора напряжения обеспечивает гальваническую развязку от входной цепи выходного усилителя. При этом сопротивление трансформатора ТV, приведенное к обмотке 4–5, выбрано та-ким, чтобы было существенно меньше входного сопротивления выходного усилителя. Это позволяет исключить возрастание выходного напряжения при различных повреждениях в цепи регулятора и изменение входного сопротив-ления выходного усилителя от температуры.

 

Для исключения искажений амплитудно-манипулированных сигналов при выведенном резисторе R11 трансформатор ТV настраивают конденсато-ром С6 в резонанс на несущую частоту, а последовательно с его обмоткой (выводы 1 и 3) включают постоянные резисторы R9, R10.

 

При установленной внешней перемычке 83 и 72 можно регулировать рези-стором R11 выходное напряжение генератора в пределах 2…12 В при немоду-лированном сигнале (установив внутреннюю перемычку между клеммами ”а” и ”с”) или в пределах 1…6,4 В – при модулированном выходном сигнале (устано-вив внутреннюю перемычку между клеммами ”а” и ”b”).

Выходной усилитель имеет два каскада усиления (транзисторы VТ6, VТ7

и VТ8, VТ9), построенные по схеме с общим коллектором, и работает в ли-нейном режиме. Он обеспечивает усиление по току и возможность регулиро-вания напряжения сигнала на выходе (клеммы 2–52). За счет 100 % - й отри-цательной обратной связи в усилителе исключены изменения выходного напряжения от изменения коэффициента усиления транзисторов. Питание к выходному усилителю подается внешними перемычками между выводами

3,4 и 51,61.

Номинальная выходная мощность усилителя 20 В⋅А. На номинальной на-грузке сопротивлением 7 Ом он обеспечивает напряжение не менее 12 В – при немодулированном сигнале и не менее 6,4 В – при модулированном. При необходимости получить более мощный сигнал к генератору ГП3 предусмат-

 

ривается подключение дополнительного путевого усилителя типа ПУ1. В этом случае питание на выходной усилитель не подается (перемычки 3,4 и 51,61 не устанавливаются). Вместо перемычки 83 и 72 устанавливают пере-мычку 83 и 2, а вход дополнительного усилителя ПУ1 подключают к выводам 53 и 83 генератора ГП3.

 

На передней панели кожуха блока ГП3 имеются отверстия, в которые на-ружу выведены ручка резистора R11 и два светодиода. Положение ручки ре-зистора R11, во избежание самопроизвольного поворота, фиксируется сто-порным устройством.

 

Ровное свечение светодиода VD11 свидетельствует о наличии питания на выходном каскаде. Мигающее (с частотой модуляции) свечение светодиода VD6 соответствует наличию на выходе предварительного усили-теля амплитудно-манипулированного сигнала. Непрерывное свечение све-тодиода VD6 соответствует наличию непрерывного сигнала несущей часто-ты, отсутствие свечения указывает на неисправность или отсутствие электропитания.

 

На печатной плате А1 внутри генератора ГП3 расположены технологиче-ские контакты “а”, “в”, “с”. Перемычка, установленная между контактами ”а” и ”в”, обеспечивает поступление на вход предварительного усилителя ампли-тудно-модулированного сигнала. Перемычка, установленная между ”а” и ”с”, обеспечивает поступление непрерывного сигнала несущей частоты.

 

Путевой фильтр

 

 

Фильтр путевой (ФПМ) предназначен для следующего обеспечения: тре-буемого обратного входного сопротивления питающего конца рельсовой цепи; защиты выходных цепей генератора от влияния токов локомотивной сигнали-зации, тягового тока и атмосферных перенапряжений, поступающих с рельсо-вой линии. Важнейшей функцией фильтра является также обеспечение тре-буемого, по условиям работы рельсовых цепей в шунтовом и контрольном режимах, обратного входного сопротивления питающего конца рельсовой це-пи. Кроме этого, он служит для гальванического разделения выходной цепи генератора от кабеля и получения на нем требуемых напряжений при относи-тельно низких выходных напряжениях генератора. Путевые фильтры выпус-каются двух типов: ФПМ-8, 9, 11 (настраиваемый на частоты 420, 480, 580 Гц) и ФПМ-11, 14, 15 (настраиваемый на частоты 580, 720, 780 Гц).

 

Фильтр ФПМ (рис. 2.12) содержит трансформатор TV в качестве индуктив-ности и конденсаторы С1–С8. Входной сигнал от генератора ГПЗ подается на входные выводы фильтра 11 и 71. Фильтр представляет собой последователь-ный контур и настраивается на требуемую частоту (в резонанс напряжений)

 

 

установкой внешних перемычек между выводами трансформатора TV (41, 42, 43) и выводами конденсаторов (23, 22, 21, 83, 82, 81, 73, 72).

 

Одновременное изменение индуктивности и емкости при настройке фильтра позволяет иметь примерно одинаковые входные сопротивления на различных частотах. Это положительно сказывается на режиме работы гене-ратора.

 

Рис. 2.12. Принципиальная схема фильтра ФПМ

 

В фильтре ФПМ-8, 9, 11 на частоте 420 Гц используется вся индуктив-ность трансформатора (вывод 43 блока). На частотах 480 и 580 Гц она уменьшается примерно пропорционально частоте (выводы 42 и 41 – соот-ветственно). В фильтрах типа ФПМ-11,14,15 выводы 43, 42 и 41 используют-ся, соответственно, для настройки на частоты 580, 720 и 780 Гц.

Представим ориентировочные (полученные расчетным путем) перемычки для настройки фильтров в зависимости от значений несущих частот

(табл. 2.2).

Для учета фактических значений емкости конденсаторов, индуктивности трансформатора, а также влияния емкости кабеля, подключаемого к выходу фильтра, он окончательно настраивается при регулировке рельсовой цепи. Регулировка фильтра осуществляется путем изменения емкости конденсато-ра при одновременном контроле равенства напряжений на индуктивности

 

(выводы 23 и 11) и конденсаторе (выводы 23 и 71). Для этой цели отдельн